PLC控制的交通灯论文

1、编号:PLC设计训练论文标题:PLC控制的交通灯 摘要可编程控制器在工业自动化中起着重要的作用，广泛应用于各个行业。随着科学技术的发展，可编程控制器的功能越来越完善，并且以其小型化、低价格和高可靠性，在现代工业中的应用更加突出。用于城市交通信号灯控制的可编程控制器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强的特点。本文利用三菱FX2N的可编程控制器来控制十字路口信号灯，来说明可编程控制器的硬件和软件设计。解决红绿灯控制问题将是保证交通有序、安全、快速运行的重要环节。但目前所有的交通信号控制系统都是单一的固定时序控制，无法根据实际交通状况进行调控。采用三菱系列可编程控制器和传感技术，实现交通灯的智

2、能信号控制。下面的方案可以用来控制交通状况:让传感器检测车辆的数量来控制交通灯的持续时间。具体如下:感应线圈按要求各个方向埋设在入口附近的地下，汽车经过时会产生涡流损耗，环形绝缘线的电感开始减小，从而可以检测到汽车的通过，并将此信号转换成标准的脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，由PLC进行计数，按照一定的控制规则自动调整红绿灯的持续时间。关键词:PLC(可编程控制器)；三菱FX2N传感器检测；交通灯。目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _RefHeading_Toc28022 摘 要II HYPERLINK l _RefHeading_Toc22786 AbstractI

3、II HYPERLINK l _RefHeading_Toc26950 第1章论绪5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc1078 1.1 引言5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc17118 1.2 课题研究背景5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc16492 1.3 现在城市路口交通灯控制技术现状6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc9059 1.4 本课题主要研究容7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc3847 第2章PLC功能简介8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2

4、2583 2.1概述8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc15171 2.2可编程控制器的发展10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc28026 2.3主要用途13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc16176 2.4可编程控制器特点14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc25003 2.5可编程控制器的组成16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc346 1.输入寄存器16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc25372 图2-1. PLC的组成16 HYPERLINK l _

5、RefHeading_Toc14547 2.输出寄存器16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc20068 3.存储器16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc29313 4.CPU单元17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc7404 5.其它接口单元17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc18902 2.6PLC的工作原理17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc11589 2.7主要功能19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14435 2.8可编程控制技术的发展趋势22交通灯

6、控制电路的设计.263.1十字路口交通灯的控制.26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc23286 3.2运行效果27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc15076 第4章 总结27 HYPERLINK l _RefHeading_Toc18904 参考文献28第一章关于线程介绍十字路口的红绿灯指挥着行人和车辆的安全。实现交通灯的自动指挥可以提高交通管理水平，也是城市交通管理自动化的重要标志之一。可编程控制器(PLC)是一种新型的通用自动控制装置，它融合了传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术。它具有特殊增强、编程简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗

7、低等一系列优点。因此，本文引入三菱PLC产品来实现交通灯的自动控制。课题的研究背景可编程逻辑控制器(PLC)是一种以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在日常生活中得到了广泛的应用。PLC是一个数字操作的电子系统，它是专门为工业应用而设计的。它采用可编程存储器，用于在其部分存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术等操作指令，通过数字和模拟输入输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强的优点。PLC的平均无故障运行时间(也称为平均故障间隔时间MTBF)已经达到几十万小时。其次，PLC通用性强，使用方便。由于PLC产品的系列化和模块化，PLC配有各种硬件设备供用户选择，可以

8、组成满足各种控制要求的控制系统。用户不必自己设计和制造硬件设备。用户的硬件设计工作只是确定PLC的硬件配置和I/O的外部连接，一个被控对象的硬件配置确定后，通过修改用户程序，可以方便快捷地适应工艺条件的变化。PLC还具有功能强、适应性广的特点。现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数和顺序控制功能，还具有数值运算和数据处理功能。因此，它不仅可以控制开关量，还可以控制模拟量，可以控制生产机器、生产线和生产过程。PLC还具有通讯联网功能，可与上位机组成分布式控制系统。用户只需根据控制规模和要求选择PLC的型号和硬件配置，即可组成所需的控制系统。随着交通的不断发展和机动化进程的加快，交通拥堵加剧，交通

9、事故频发，交通环境恶化，已成为引人注目的城市问题之一。交通问题不仅在发展中国家，在发达国家也是如此。众所周知，缓解交通拥堵最直接有效的方法就是提高路网的通信能力。但无论任何国家的哪个大城市，都不可能无限制的修路，资金和土地因素都限制了道路的无节制增长。所以无限制的修路是无法满足日益增长的交通需求的。同时，通过限制车辆增加来减少交通需求，由于客观因素的影响，也不能达到满意的效果。事实上，由于交通系统是一个相当复杂的大系统，无论车辆还是道路，都很难从根本上解决问题。早在19世纪，人们就开始研究交通信号，用它来指挥车辆通过，控制车辆进出路口的顺序。根据文献记载，早在1868年，英国伦敦的威斯敏斯特大

10、街上就安装了红色和绿色的交通灯。到1917年，美国盐湖城开始使用由人控制的红、黄、绿信号灯。1925年，这种手动控制的3色信号灯也首次出现在英国伦敦的匹克路。次年，英国人开发了自己的自动控制信号。道路交通系统是一个地区和城市的主要组成部分，其运行状况直接反映了一个地区和城市的现代化管理水平。在这个系统中，道路不仅仅是一个可变的部分，其他组成部分都具有很大的可变性和随机性。只有对这一系统的构成和运行机制进行科学客观的分析和研究，才能制定出科学有效的管控对策，从而保证系统的有效运行。城市交叉口交通灯控制技术的现状随着城市机动车数量的增加，许多大城市出现了交通超载。因此，从20世纪80年代末开始，这

11、些城市纷纷修建城市快速路。在高速公路建设初期，他们也有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长，高鹏道路缺乏系统的研究和控制，高速公路并没有完全发挥其预期的作用。城市快速路的结构特点也决定了城市快速路的交通状况必然受到快速路与普通道路交界处交通状况的制约。因此，如何采取适当的控制方法，充分利用昂贵的城市快速路，缓解主干道的交通拥堵，日益成为交通管理和城市规划部门要解决的主要问题。本课题的主要研究内容根据城市交通控制的需要，探讨了两种控制方式，即利用PLC实现正常时序和交通拥挤。通过传感器和PLC，可以判断和处理交通的异常情况(滞留或堵车)。正常顺序控制控制路面。当南北方向为红色时，东西方

12、向为绿色。绿灯闪烁3秒钟，然后黄灯闪烁2秒钟，最后变成红色。南北方向直接绿色。东西方向为红色时也是如此。当紧急车强行通过时，向红绿灯发信号，使紧急车方向的红绿灯为绿色。急车强信号由急车强开关控制；无紧急情况时，信号灯接通正常顺控；当有急车来时，急车方向的绿灯强制打开，让急车放行，直至通过。在交通状况异常的情况下，在路口和路的尽头设置两个传感器，检测车流量。当交通路段车流量繁忙时，传感器起到检测车流量的存在和通过的作用。当一方车流量过大时，PLC要对该路段的信号灯进行调控，使滞留或受阻方的绿灯时间延长，直至交通畅通。这种工作的好处是避免了堵车带来的不必要的麻烦和事故，控制起来非常方便快捷。第2章

13、PLC功能介绍摘要可编程控制器(PLC)是一种基于微处理器的通用工业自动控制装置，它集计算机技术、自动控制技术和通信技术于一体。它具有体积小、功能强、灵活多变、维护方便等一系列优点。尤其是其可靠性高、适应恶劣环境能力强，深受用户青睐。因此，它被广泛应用于冶金、化工、交通、电力等领域，成为现代工业控制的三大支柱之一。可编程控制器是一种记忆控制器。支持控制系统的程序存储在存储器中，程序用来实现控制逻辑，完成控制任务。在由可编程控制器组成的控制系统中，为了实现一项控制任务，首先要分析具体被控对象对控制系统的要求，然后编制相应的控制程序，利用编程器将控制程序写入可编程控制器的程序存储器中。系统运行时，

14、可编程控制器依次读取程序存储器中的程序语句，解释其内容并执行。可编程控制器根据输入设备的状态和其他条件，将其程序执行结果输出到相应的输出设备，控制被控对象工作。可编程控制器用软件实现控制逻辑，能满足不同控制任务的需要，具有通用性、灵活性和高可靠性。它是一种专门设计用于工业环境的数字操作电子设备。它的存储器能执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算的指令，并能通过数字或模拟输入或输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC在继电器控制逻辑的基础上，结合3C技术不断发展和完善。目前已经从小规模的单机顺序控制发展到包括过程控制、位置控制在内的所有控制领域。PLC早期主要用于工业控制，但随着技术的发展

15、，其应用领域在不断扩大。可编程控制器(简称PC或PLC)是60年代末发明的工业控制设备。它是美国数字公司(DEC)为美国通用汽车公司(GM)开发的，并成功应用于汽车生产线。可编程控制器从此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC的硬件和软件的水平和规模也发生了质和量的变化，其控制技术一直在向智能化发展，促进了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。起初，PLC主要用于生产线控制和大型机械控制。但没过多久，西德的西门子和BBC公司开始研发PLC，主要应用在轧机、起重设备等大型设备上。70年代初，日本的欧姆龙也推出了他们的PLC。三菱、日立、富途、东芝、横河、日本电气等公司也加

16、入了PLC制造商的行列。20世纪70年代中期，美国和西德首先出现了以微型计算机为基础的小型PLC。由于PLC是工业控制的通用设备，适合大批量生产，所以成本下降很快。此外，它是专为工业控制而设计的，因此具有出色的抗干扰性能；而且使用和维护都非常方便，实现了低级操作和高性能控制，所以在机械制造行业很受欢迎。小型PLC已经开始进入塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域。其低廉的成本和优异的性能对直接用微型计算机作为控制单元提出了强烈的挑战，有完全取代传统继电器控制面板的趋势。据国外资料，1982年，美国PLC用户中，48%来自自动程序运行部门(如汽车、拖拉机工业、机械工业等。)

17、，13%来自石化行业，9%来自食品饮料行业，7%来自冶金行业，其余来自造纸、采矿、污水处理等部门。近年来，随着我国对外开放，日本、美国、西德等国生产的PLC通过各种渠道进入我国，引起了各方的关注并得到应用。如宝钢项目应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也应用了美国、西德的PLC。可编程控制器的分类:PLC种类繁多，功能、存储容量、控制规模、外观都有很大差异。所以PLC的分类并没有严格的统一标准，只是根据结构、控制规模和实现的功能来大致分类。(1)按结构形式分类根据PLC硬件的结构，可分为整体式和组合式。PLC整体在外观上是一个长方形的盒子，也叫箱式PLC。组合式PLC在硬件结构上具有一定的

18、灵活性，其规模可以像积木一样组合起来，形成不同控制规模和功能的PLC，所以这种PLC也叫积木式PLC。一体式PLC:一体式PLC的CPU、存储器、输入输出安装在同一个体内。这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低。输入输出通道数量固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性低。组合式PLC:组合式PLC是一种总线结构。总线做成一块总线板，有几个总线槽，每个总线槽可以装一个PLC模块，不同的模块可以实现不同的功能。PLC的CPU、内存、电源做成一个模块。一般来说，这个模块在总线板上的安装位置是固定的，组成一个组合式PLC也需要这个模块。其他模块根据PLC的控制规模和实现的功能选择，安装在总线版本的任何

19、其他总线插槽上。安装组合PLC后，需要进行注册，以便PLC可以确认安装在总线上的模块。组合式PLC的总线板也叫基本板。组合式PLC的特点是系统组成灵活性高，可以组成不同控制规模和功能的PLC。价格更高。(2)按控制规模分类输入总线的数量，也称为I/O点，是表征PLC控制规模的重要参数。所以PLC按控制规模分类时，按I/O点的不同，大致可分为小型、中型和大型PLC。小型PLC:I/O点数少，小于256点的PLC。中型PLC:I/O点数较多的PLC，256点以上，2048点以下。大型PLC:I/O点较多的PLC，2048点以下。(3)按实现的功能分类。根据PLC能实现的功能不同，PLC大致可分为低

20、档机、中档机和高档机。低档机:具有逻辑运算、定时、计数、档位自诊断、监控等功能。它还具有一定的运算、数据传输和比较、通信、远程和模拟处理功能。中档计算机:除了低档计算机的功能外，还具有较强的算术运算、数据传输与比较、数据转换、远程通信、子程序、中断处理、循环控制等功能。高档计算机:除了中级计算机的功能外，还具有带符号数的算术运算和矩阵运算。函数、表格、CRT显示、打印机打印等功能。一般低档机多为小型PLC，采用整体机构；中端机可以是大中小PLC，其中小型PLC多采用整体式结构，中大型PLC多采用组合式结构；高档机多为大型PLC，采用组合式结构。目前，我国工业控制中广泛使用中低档机。可编程控制器

21、的发展从20世纪80年代到90年代中期，PLC发展最快。PLC发展至今已有30多年的历史。随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域发生了翻天覆地的变化，PLC也在不断的发展变化，PLC也在向着新的技术发展。近年来，随着科学技术的飞速发展，PLC的应用越来越深入，同时也带动了传统控制和检测的日新月异。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC经常作为核心部件使用。仅有PLC的知识是不够的，要根据具体的硬件结构，结合针对具体应用对象特点的软件进行改进。交通信号灯的出现可以有效地控制交通，对缓解交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故有明显的作用。随着中国加入世贸组织，我们不仅要

22、在经济、文化、科技方面与国际接轨，还要在交通管理方面与国际接轨。PLC在世界范围内得到了广泛的应用，其功能也在不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术和网络技术的不断发展，以及用户需求的不断增加，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟处理和运动控制功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制和过程控制领域也发挥着非常重要的作用。PLC作为离散控制的首选产品，从20世纪80年代到90年代发展迅速，全球PLC年增长率保持在20% 30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的扩大，近年来工业发达国家PLC的增长速度有所放缓。然而，在中国等发展中国家，PLC的发展非常迅速。综合

23、资料显示，2004年PLC的全球销售收入约为100亿美元，在自动化领域占据非常重要的地位。PLC是模仿原有继电器控制原理开发的。70年代PLC只有开关量逻辑控制，最早应用于汽车制造业。它存储执行逻辑操作、顺序控制、定时、计数和运算的指令。并通过数字输入输出操作，来控制各种机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并预先存储在PLC的用户程序存储器中。运行时，根据存储程序的容量逐一执行，完成工艺流程所需的操作。PLC的CPU有一个程序计数器，指示程序步的存储地址。程序运行过程中，每执行一步，计数器自动加1，程序从初始步(步数为零)到最后一步(通常是结束指令)依次执行，然后返回初

24、始步循环运行。PLC完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。对于不同类型的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。用PLC梯形图编程，显示了求解逻辑的快速性优势。微秒级，求解1K逻辑程序不到1毫秒。它将所有输入视为开关量，16位(也是32位)为模拟值。大型PLC使用另一个CPU来完成模拟操作。将计算结果发送给PLC控制器。对于相同I/O点数的系统，使用PLC的成本比使用DCS的成本低(可节省40%左右)。PLC没有专用的操作站，软硬件通用，维护成本远低于DCS。一个PLC控制器可以接收数千个I/O点(最多超过8，000个I/O)。如果被控对象主要是设备联锁，回路较少，采用PLC比较合适

25、。由于PLC采用通用监控软件，更容易设计企业管理信息系统。近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小型设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长迅速。随着中国经济的快速发展和基础自动化水平的不断提高，PLC在未来一段时间内将在中国保持高速增长的势头。通用PLC应用于特殊设备时，可视为嵌入式控制器，但PLC比通用嵌入式控制器具有更高的可靠性和更好的稳定性。在实践中，一些曾经使用嵌入式控制器的用户正在逐步用通用PLC或定制PLC替代嵌入式控制器(在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制的三大技术支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一，已经成为大

26、多数自动化系统的设备基础。由于计算机和自动化技术的融合，它发展迅速，大大超过了它出现时的技术水平。它不仅能轻松完成逻辑、时序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能。，还通过输入输出接口与各种生产机器的数字量和模拟量建立连接，从而实现生产过程的自动控制。特别是随着超大规模集成电路的快速发展和信息网络时代的到来，PLC的功能得到了扩展，具有很强的联网通信能力，因此在很多行业得到了更广泛的应用。1.向高性能、高速、大容量发展。大部分大型PLC采用CPU结构，并不断向高性能、高速、大容量发展。ANA系列PLC采用世界上第一个32位微处理器，在一个芯片上实现PLC的所有功能，即顺序控制芯片，其扫描时间为

27、每条基本指令0.15us。2.增强小型PLC的功能小型PLC一般是指I/O点数小于256的PLC，大多采用整体结构。小型PLC价格便宜，性价比不断提高，所以采用单机自动化或者形成分布式系统。近年来，PLC厂商不断推出体积更小、功能更强的PLC，更新换代的周期越来越短。现代迷你PLC除了开关逻辑控制功能外，还具有中断功能、脉冲捕捉功能、设置实时时钟、EEPROM代替RAM和锂电池，使PLC成为完全免维护的设备，软件化了许多过去需要特殊功能模块才能实现的功能，如用PID指令实现PID控制，用定位控制实现位置控制。近年来，PLC制造商推出了一些廉价的专用人机接口设备，用于监控变量和修改PLC的参数。

28、与西门子S7-200配套的TCD200文本显示器可以显示两行中文，每行10或20个字符。TCD200的显示容量可以通过S7-200编程软件设置。3.不断完善编程软件的功能。(1)编程软件日益普及。(2)编程软件功能不断完善。(3)编程语言的标准化(4)编程软件具有仿真功能，如西门子S7-200使用的S7-PLCSIM仿真软件和STEP7编程软件。(5)通信功能的增强和标准化(6)6)PLC和PC的软件主要应用PLC编程一般采用易于理解和掌握的梯形图语言和简单的工业控制指令编程，非常直观。在了解了PLC的简单工作原理及其编程技术后，就可以根据实际需要进行应用和设计，进而将PLC运用到实际的控制系

29、统中。此外，PLC在实际应用中还具有使用和编程方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠、设施建设周期短等特点。它是工业自动化控制的理想工具。PLC诞生后，受到了业界的广泛欢迎，发展迅速。目前其应用几乎覆盖了所有的工业企业，并且随着PLC技术的推广应用，PLC将朝着标准化、小型化、模块化、低成本、高功能的方向发展。3-2 PLC的结构与一般计算机相似，包括中央处理器(CPU)、存储器(memory)、输入/输出(INPUT/OUTPUT)接口、功率元件的外部设备接口等。但是，由于PLC是专门为工业环境设计的，为了便于布线、功能扩展、操作和维护，其结构和组成不同于一般的计算机系统。可编程控制器的特点中央处

30、理器(CPU)是PLC的控制部件，一般由控制电路、运算器、寄存器等组成。它通过地址和数据总线与存储器和I/O接口电路相连。它主要完成从内存中读取指令并执行，然后取下一条指令和处理中断的任务。存储器是具有记忆功能的半导体电路。PLC的存储器包括系统程序存储器和用户程序存储器。其中，系统程序是PLC厂商编写的控制和完成各种功能的程序。它们一般固化在只读存储器(RAM)中，不允许修改，用户开始运行。输入/输出接口电路用于连接PLC主机和外部设备。为了提高抗干扰能力，一般的输入输出接口都有光电隔离器件，最常用的光电耦合器是由LED和光电晶体管组成。我们使用的欧姆龙CPM1A系列PLC的输入输出接口电路

31、图如下图所示:由于输入和输出的年秒时间可能是数字能量、开关或模拟，因此在选择接口元件时应考虑接口处信号的特性。电源用于将外部电源转换成PLC各部分电子电路所需的DC电源，使PLC能够正常工作。由于PLC的电源元件具有良好的稳压措施，所以对外部电源的要求不高。对于由24V DC供电的型号，允许电压为16-32V。对于交流供电的型号，允许的电压为85-264V，频率为47-53HZ。一般情况下，PLC还为用户提供24V DC电源作为输入电源或负载电源。可编程控制器是一种数字电子器件，利用可编程存储器存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数和算术运算等功能。用于控制各种机器或生产过程。自从1969年第

32、一台可编程控制器问世以来，可编程控制器已经成为最重要、最流行和应用最广泛的工业控制器之一。因此，PLC因其突出的特点和优势而被广泛应用。为了满足工业生产对工业控制设备安全性和可靠性的要求，PLC采用微电子技术，大量的开关动作由半导体电路完成，无电击。PLC选用的电子设备一般都是工业机器，有的甚至是军用机器，平均故障间隔时间很长。PLC具有良好的环境适应性，可用于非常恶劣的工业现场。在瞬间断电的情况下仍能正常工作，具有较强的抗空间电磁干扰能力，可抵抗峰值1000V、脉宽10us的矩形波空间电磁干扰，具有良好的抗震抗冲击能力。一般对环境温度要求不高，在环境温度为-20-65度，相对湿度为35%-8

33、5%的情况下仍能正常工作。可编程控制器采用西门子S7-200系列CPU-224主机，具有40个I/O点(14个输入点和10个输出点)，两个RS-485通信/编程端口，PPI通信协议，MPI通信协议和自由模式通信能力。自由通信端口模式是S7-200 PLC的特色功能，它使S7-200 PLC能够定义自己的通信协议。在该系统中，PLC可以方便地与变频器和触摸屏连接。模拟输入采用EM231模块，4路12位A/D模拟输入，精度高。PLC的编程采用STEP7-Micro/WIN编程软件，提供了完整的编程环境，可用于离线编程、在线连接和调试，可实现梯形图和语句表的相互转换。可编程控制器发展迅速的原因是它具

34、有通用计算机所不具备的特点:1可靠性可编程控制器采用了一系列可靠性设计方法，如冗余设计、掉电保护设计、故障诊断、信息保护和恢复等。，这提高了MTBF，降低了MTTR，提高了可靠性。可编程控制器是专门为工业生产过程控制而设计的控制装置。它比一般的计算机控制系统具有更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用简化的编程语言，错误率大大降低。在可编程控制器的软件方面，也采取了一系列提高可靠性的措施。比如用软件过滤；软件自诊断；简化编程语言；信息保护和恢复。以及报警和操作信息的显示。2易于操作其特点是操作、编程和维护方便。3灵活性编程的灵活性。编程语言包括梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句表。这种

35、编程的灵活性是继电器顺序控制无法比拟的。正是由于编程的灵活性，柔性制造单元FMC、柔性制造系统FMS、计算机集成制造系统CIMS和计算机集成过程工业系统CIPS，以及可编程控制系统成为主要的控制设备。扩展的灵活性。既可以通过增加输入输出卡来增加点数，也可以通过扩展单元来扩充容量和功能。它甚至可以通过与DCS或其他上位机通信来扩展功能，与外部设备进行交换。可编程控制器的组成如图所示，PLC与通用计算机无异，只是一台具有增强I/O功能的计算机，可以方便地与被控对象连接。其控制的本质是按照一定的算法进行I/O转换，并在物理上实现这种转换，应用到工业领域。1.输入寄存器输入寄存器可以按位寻址，每一位对

36、应一个开关量，其值反映开关量的状态。其值的变化由输入开关值驱动，并保持一个扫描周期。CPU可以读取它的值，但不能写入或修改它。图2-1。PLC的组成2.输出寄存器输出寄存器的每个位表示PLC在下一个时间段的输出值，而程序周期开始时输出寄存器的值表示前一个时间段的实际输出值。在程序执行过程中，CPU可以读取它的值，作为条件参与控制，修改它的值，而中间转换只影响寄存器的值。只有程序执行到一个周期结束时的值才会影响下一个时间段的输出，即只有最后一次修改才会影响输出触点的真实值。3.记忆内存分为系统内存和用户内存。系统内存存储的是系统程序，由厂商开发固化，用户无法更改。PLC应在系统程序的管理下运行。

37、用户的内存存储用户的程序和运行程序所需的资源。作为条件，I/O寄存器的值决定了存储器中的程序如何执行，从而完成复杂的控制功能。4.中央处理器单元CPU是PLC的大脑，它控制I/O寄存器的读写顺序，以解释和执行存储单元中的程序。5.其他接口单元其他接口单元用于为PLC提供与其他设备和模块通信的物理条件。PLC的工作原理CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。如下图所示，CPU的扫描周期包括读取输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断测试、写入输出。PLC可以看作是系统软件支持的扫描设备。它扫描并执行系统软件指定的任务。用户程序只是扫描周期的一部分。当用户程序不运行时，PLC也在扫描

38、，但用户程序、读取输入和写入输出在一个周期内被删除。典型的PLC可以在一个周期内完成以下五个扫描过程。1.自诊断测试扫描过程。为了保证设备的可靠性和及时响应故障，PLC具有自我监控功能。自我监控功能主要由时间监控器完成。WDT是一个硬件定时器，在每个扫描周期开始前复位。WDT的时序可由用户修改，一般在100至200 ms之间。其他执行结果错误可由程序员通过标志位处理。2.与网络通信的扫描过程。一般小型系统没有这个扫描过程，但是配有网络的PLC系统有通信扫描过程，用于PLC之间以及PLC与上位机或终端设备之间的通信。3.用户程序扫描过程。当机器处于正常运行状态时，扫描过程会在每个扫描周期进行更换

39、。这个过程在机器运行中是可控的，即用户可以通过软件来设置。用户程序的长度会影响该过程所花费的时间。4.读取输入和写入输出扫描过程。在机器正常运行状态下，每次。每个扫描周期都包括这个扫描过程。在机器运行期间是否执行该过程是可控的。CPU处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入点读取，也不是送到实际的输出点，而是在内存中设置两个图像寄存器:一个是输入图像寄存器，一个是输出图像寄存器。用户程序中使用的输入值是输入图像寄存器的值，运算结果也放在输出图像寄存器中。在输入扫描过程中，CPU将实际输入点的状态锁入输入图像寄存器；在输出过程中，CPU将输出图像寄存器的值锁定到实际输出点。为了方便现场调试，P

40、LC具有I/O控制功能，用户可以通过编程器阻断或打开I/O。阻塞I/O意味着关闭I/O扫描进程。下图描述了从输入端到输出端的信号传输过程。在读取输入阶段，CPU扫描每个输入端，并通过输入电路将每个输入点的状态锁定到输入图像寄存器中。然后，进入用户程序执行阶段。CPU按照先左后右、先上后下的顺序扫描每条指令，根据输入图像寄存器和输出图像寄存器的状态执行用户程序，并将执行结果写入输出图像寄存器。程序执行过程中，即使输入端的状态发生变化，输入状态寄存器的容量也不会发生变化输入端的状态变化只能在下一个工作周期的输入阶段读取。在输出阶段，输出图像寄存器的状态被锁定到输出锁存器，然后通过输出电路传输到输出

41、端。根据以上分析，循环扫描具有以下特点:(1)重复扫描过程，并且是否执行读输入、写输出和用户程序是可控的。(2)输入图像寄存器的容量是设备驱动的，在程序执行过程中，输入图像寄存器的值在一个工作周期内保持不变。CPU采用集中输入的控制思想，只能利用输入图像的累加值来控制程序执行。(3)程序执行后，输出图像寄存器的值决定下一个扫描周期的输出值。在程序执行阶段，输出图像寄存器的值可以作为控制程序执行的条件，并且可以被程序修改以存储中间结果或下一个扫描周期的输出结果。此时的修改不会影响输出锁存器的当前输出值，它与输入影子寄存器完全不同。(4)同一个输出单元的重复使用和修改会导致不同的执行结果。由于输出

42、图像寄存器的值可以作为程序执行的条件，所以程序下一个扫描周期的集中输出结果与编程顺序有关，即最后一次修改决定了下一个周期的输出值，这是程序员应该注意的问题。每个电路和不同的扫描阶段都会造成输入输出的延迟，这是PLC的主要缺点。为了减少延迟，各PLC厂商都采取了很多措施。程序员应该清楚所用PLC类型的延迟时间，这是选择PLC时的一个重要指标。强函数在PLC的外部设备中，最重要的是编程器，用来编写、检查、修改和调试用户程序，还可以在线监控PLC的运行情况。它通过编程器接口与CPU连接，完成人机对话。目前很多PLC都可以使用微型计算机作为编程工具，要配备相应的编程软件和接口。由于微型计算机的强大功能

43、，PLC的编程和调试更加方便。此外，PLC的外部设备还包括打印机:用于在用户编程阶段打印带注释的梯形图或指令语句程序，有利于维护和系统改造；外存储器:存储一些程序或改变生产工艺时需要调用的程序，存储的程序也可以重新装入存储器，有利于PLC存储程序的恢复；EPROM写入器:用于将用户程序写入EPROM的术语，它提供了一种保存用户程序的非易失性方法。PLC是微机控制系统，工作原理和微机一样，但一般相当于输入、输出和控制电路三部分。部分输入用于接收外部信息，例如受控设备的信息或操作命令，或者外部输入信息，例如操作命令。输入端子是PLC与外部开关、按钮和传感器连接以转换信号的端口。每个端子可以相当于一

44、个继电器线圈，线圈号就是输入接点号。这由从输入端子接收的外部信号驱动，其驱动功率可由PLC的电源组件或独立的交流电源提供。每个输入继电器可以有无数次电击(以通断的形式)，可供用户在设计PLC的控制电路时使用。控制电路是用户根据控制要求编制的程序。它的功能是计算和处理从输入部分获得的信息，并判断应该产生哪些输出。PLC的程序一般用梯形图表示，梯形图是由继电器控制的电气原理图演变而来。PLC中移动通断触点和线圈的概念与继电器控制电路相同，PLC中有定时器、技术器件、移位器和辅助继电器。继电器控制系统中没有装置，其线圈自动闭合，动、分断触头只能在PLC部门的控制回路中使用。如果它们要与外部电路连接，

45、就必须通过输出部分。输出功能的一部分是驱动外部负载。在PLC部门，有几种输出继电器(继电器型、双向硅型、晶体管型等。)可以直接与外部设备连接。它还具有无限的软件实现的动态打开和动态关闭触点，可用于PLC部门的控制电路。然而，只有一个硬件动态触点连接到每个输出，以驱动需要操作的外部负载。外部复合驱动电源连接到输出公共端(COM)。总之，在使用PLC时，输入端可以是一个继电器线圈，其对应的继电器节点可以用在本部门的控制电路中，输出端可以相当于本部门输出继电器的一个动触点来驱动外部设备。一般来说，PLC工作在循环扫描模式。PLC通电后，首先进行初始化，然后执行串行执行机构存储器中的程序。PLC的工作

46、过程如本章末尾的图表所示:在用PLC设计控制系统时，需要知道PLC在一个输入信号之后需要多长时间才能有相应的输出信号，从而准确地解决系统所有缺失部分之间的协调问题。一般来说，当设计系统时，应该考虑从PLC接收输入信号的时间到PLC输出控制信号到输出终端的时间的PLC I/O的响应时间。顺序控制是PLC最基本也是应用最广泛的领域。由于它具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、易于维护等优点，在实现单机控制、多机群控和生产过程控制方面完全可以替代传统的继电器接触器控制系统。如:有色冶金行业冶炼厂和选矿厂的物料输送和配料、地下矿皮带输送系统、选矿厂球磨机和润滑站系统、冶炼厂余热锅炉振动系统、电除

47、尘和输灰系统、冶炼厂转炉炉体联锁和加料系统等。其他行业如汽车生产线、印刷机械、加工机床、包装机械以及日常生活中的电梯控制等。用于顺序控制的PLC编程语言不同于高级语言和汇编语言。它是一种面向场景、面向问题、面向用户的简单直观的程序控制语言。可分为逻辑型和动作型。前者可由传统继电器电路改造而成，如梯形图；后者由机械设备的动作转化而来，如流程图。梯形图类似于继电器电路，易于掌握和维护。它广泛应用于顺序控制。即使不经过专门培训，一般工程技术人员也能很快掌握。对于过程控制的模拟量，采用硬件电路组成的PID模拟调节器实现开环和闭环控制。目前可采用PLC控制系统，也可采用模拟控制模块。其功能由软件完成，系

48、统精度由位数决定，不受元器件影响。因此更加可靠，易于实现复杂的控制和先进的控制方法，可以同时控制多个控制回路和多个控制参数。例如温度、流速、压力、速度等。在生产过程中。功能描述:(1)逻辑控制功能逻辑功能其实就是位处理功能，是PLC最基本的功能之一。PLC配有逻辑指令，如AND、OR、NOT等。根据外场(开关、按钮或其他传感器)的状态，将结果输出到被控对象(电磁阀、电机等)。)在根据指定的逻辑执行操作之后。因此，PLC可以代替继电器进行开关控制，完成串联、并联、串并联、并联等各种连接。另外，在PLC中，一个逻辑位的状态可以无限使用，修改和改变逻辑关系非常方便。(2)定时控制功能定时控制功能是P

49、LC最基本的功能之一。PLC中有许多定时器可供用户使用，它们的功能类似于继电器电路中的时间继电器。定时器的设定值(计时时间)可以在编程时设定，也可以在运行时根据需要修改，使用方便灵活。程序执行时，PLC会根据用户用定时器指令指定的定时器，及时或延时控制某项操作，以满足生产过程的要求。(3)计数控制功能计数功能是PLC的基本功能之一。PLC为用户提供了许多计数器。当计数器计数到一定数目时，它们产生一个状态信号，该信号可用于实现一次操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程期间设置，也可以在操作期间修改。程序执行时，PLC会根据用户用计数器指令指定的计数器，对某个控制信号的状态变化次数进行计数，从而

50、完成某个计数过程的计数控制。(4)步进控制功能PLC为用户提供了多个移位寄存器，可以实现以时间、计数或其他指定逻辑信号为步进条件的步进控制。即一个工序完成后，会在步进条件的控制下自动进行下一个工序。有的PLC还专门设置了步进指令和滚筒控制器操作指令进行步进控制，编程和使用都极其方便。(5)数据处理功能大多数PLC具有数据处理功能，如算术运算、数据比较、数据传输、数据移位、数字系统转换、解码和编码等。中大型PLC具有更完善的数据处理功能，可以完成切根、PID运算、浮点运算等。也可与CRT和打印机连接，实现程序和数据的显示和打印。(6)循环控制功能有些PLC具有A/D和D/A转换功能，可以方便地控

51、制和调节模拟量。(7)通信联网功能有些PLC采用通信技术来实现远程I/O控制、多台PLC之间的配置、PLC与计算机之间的通信等。(8)监控功能PLC具有强大的监控功能。使用编程器或监视器，操作员可以监控PLC相关部分的运行状态。利用编程器可以调整定时器和计数器的设定值和当前值，根据需要改变PLC的逻辑信号状态和数据区的数据容量，为调试和维护提供了极大的方便。(9)断电记忆功能PLC部门部分存储器使用的RAM配有断电保持装置(如备用电池等。)来保证内存信息可以长期保存。通过一些记忆指令，可以记忆工作状态，保持断电后PLC的数据容量不变。PLC供电恢复后，可以在原来工作的基础上继续工作。(10)故

52、障诊断功能PLC可以自诊断系统结构、某些硬件状态、指令的合法性等。，发现异常情况，发出警报并显示错误类型，如果是严重错误，则自动终止操作。PLC的故障自诊断功能大大提高了PLC控制系统的安全性和可维护性。可编程控制技术的发展趋势随着计算机科学的发展和工业自动化需求的不断增加，可编程控制技术发展迅速，其技术和产品也越来越完善。只是把PLC理解为开关量控制的时代已经过去了。PLC不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需求，而且融合了通信技术和信息处理技术，功能日趋完善。未来PLC主要向以下两个方向发展:一是向超小型专业化、低价格方向发展；二是向高速、多功能、分布式自动化网络发展。总的趋势如下:1.

53、可编程控制技术的标准化在工业自动化产品百花齐放的今天，厂商之间既有竞争也有合作。一个自动化产品的竞争力不仅在于它的技术个性，还在于它符合国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的质量，另一方面也保证了各厂商产品的兼容性。在出厂检验的时候，所有可编程控制产品的生产厂家都有相应的技术标准作为依据。根据这些标准，各类PLC产品都明确规定了工业应用环境、抗干扰等项。但是，目前这些标准只能统一区域性产品，而不能实现全球统一。为了使各厂商的产品有一个共同的参考平面，制定了国际标准。2.CPU处理速度进一步加快目前，PLC的CPU与微机的CPU相比，还处于落后地位，最高。仅仅是80486的水平。未来将全部使用64位RISC芯片实现多CPU并行处理或分时处理或任务共享处理，从而实现各种模块的智能化，部分系统程序采用门阵列电路。固化。这样，PLC执行指令的速度就会达到纳秒级。3.可编程控制技术的智能化提高系统的智能性不仅提高了系统的质量，而且在某种意义上也提高了系统的可靠性。4.系统的开放性和兼容性开放性和兼容性是不可分割的互补概念。一方面是指某个产品与第三个同类产品之间的通信兼容性，另一方面是指一个系统尤其是软件开发平台对用户的开放程度。现在可编程控制产品种类繁多，自动化项目